第九章内部过电压电力系统过电压外部过电压内部过电压暂时过电压操作过电压在电力系统内部，由于断路器的操作或发生故障，使系统参数发
生变化，引起电网电磁能量的转化或传递，在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压。操作过电压即电磁暂态过程中的过电压；一般持续
时间在0.ls（五个工频周波）以内的过电压称为操作过电压。暂时过电压包括工频电压升高及谐振过电压；持续时间比操作过电压长。
第一节切除空载线路过电压我国在35~220kV电网中，都曾因切除空载线路时过电压引起过多次故障。多
年的运行经验证明：若使用的断路器的灭弧能力不够强，以致电弧在触头间重燃时，切除空载线路的过电压事故就比较多，因此，电弧重燃是产生这
种过电压的根本原因。一、发展过程Ur(t)=e(t)-Em=Em(coswt-1)
第一次重燃第二次重燃若电弧继续重燃下去，则可能出现-7Em，+9Em，…的过电压，可见电
弧的多次重燃是切除空载线路时产生危险的过电压的根本原因。系统实测结果表明，超过3Em的过电压概率是很小的，这是因为过电压受多种
因素影响的缘故。影响过电压的因素（1）断路器的性能随着断路器制造质量的提高，断路器已能做到基本
上不重燃，使得这类过电压降到了次要的位置。（2）中性点接地方式中性点非直接接地电网中，三相断路器分闸不同
期会构成瞬间的不对称电路，使中性点产生位移，相间的耦合，使过电压增高。（3）损耗电晕要消耗能量，电源及
线路损耗使过电压降低。（4）其它若母线上有很多出线时，过电压降低。此外，当线路装有电磁式电压互感器时，将
泄放线路上的残余电荷，降低了过电压。限制过电压的措施（1）采用不重燃断路器（2）在断路器装设分闸电阻
切除线路时，先打开主触头，R上的压降就是主触头两端的恢复电压。经过一段时间后，辅助触头才打开，此时它的恢复电压也较低，不会发生
电弧的重燃，即使发生重燃，R的阻尼使过电压降低。（3）线路上装设泄流设备在线路侧若接有并联电抗器或
电磁式电压互感器，都能使线路上的残余电荷得以泄放或产生衰减振荡，达到降低过电压的目的。（4）装设避雷器第二节
空载线路合闸过电压一、发展过程输电线T电路电源频率自振荡频率严重！空载线路合闸时，产生过电压的根本原因：电容
、电感的振荡，其振荡电压叠加在稳态电压上所致。仅关心过电压幅值时：过电压幅值＝稳态值＋振荡幅值＝稳态值＋（稳态值－起始值）
＝2×稳态值－起始值正常合闸对于空载线路，不存在残余电压，起始值为零，可得：UCmax=2UΦ回路存在衰减的振荡，
以衰减系数δ来表示：再者，电源是工频交流电压u(t),这时uc(t)表达式将为波形如下图(a)电源电压为直流电压(b
)电源电压为工频交流电压由于回路中存在的损耗，我国实测的过电压的最大倍数为1.9～1.96倍。以上是正常
合闸的情况，空载线路L没有残余电荷，初始电压UC(0)＝0。如果是自动重合闸的情况，那么条件将更为不利，主要原因在于这时线路上有一
定残余电荷和初始电压，重合闸时振荡将更加激烈。自动重合闸是线路发生跳闸故障后，由自动装置控制而进行的合闸操作。自动重合闸
的情况上图为系统中常见的单相短路故障的示意图。在中性点直接接地系统中，A相发生对地短路，短路信号先后到达断路器Q2
,Q1。断路器S2先跳闸，在断路器Q2跳开后，流过断路器Q1中键全相的电流是线路电容电流，故当电压电流相位相差900时，断路器Q
1跳闸。于是在健全相线路上将留有残余电压。重合闸示意图设Q1重合闸之前，线路残余电压已下降30％，即(1－0
.3）×(1.3~1.4UΦ)=(0.91～0.98)UΦ。考虑最严重的情况，重合闸时电源电压为－UΦ，重合闸时暂态过程中过电
压为－UΦ＋[-UΦ-(0.91～.98)UΦ]=(-2.91～2.98)UΦ。在实际过程中，过电压还要低些。在合闸过电压中
，以三相重合闸的情况最为严重。影响过电压的因素（1）合闸相位合闸相位是随机的，有一定的概率分布，与断
路器合闸过程中的预击穿特性及断路器合闸速度有关。（2）残余电荷过电压的大小与线路上残余电荷数值和极性有关。
（3）断路器合闸的不同期由于三相线路之间有耦合，先合相相当于在另外两相上产生残余电荷。（4）线路损耗
实际输电线路中，能量损耗（电阻、电晕）会引起振荡分量的衰减。（5）电容效应合闸空载长线时，由于电
容效应使线路稳态电压增高，导致了合闸过电压增高。限制过电压的措施（1）降低工频电压升高目前超高压电网中采
取的有效措施是装设并联电抗器和静止补偿装置（SVC），其主要作用是削弱电容效应。（2）断路器装设并联电阻第一阶
段：带电阻R合闸，将R与辅助触头串联。由于R对振荡回路起阻尼作用，使过渡过程中的过电压降低。第二阶段：大约经
8~15ms，主触头闭合，将R短接，电源直接与线路相连。主触头辅助触头（3）控制合闸相位
空载线路合闸过电压的大小与电源电压的合闸相位有关，可以通过电子装置来控制断路器的动作时间，以达到降低合闸过电压的目的。（4）消
除线路上的残余电荷在线路侧接电磁式电压互感器，可在几个工频周波内，将全部残余电荷通过互感器泄放掉。（5）
装设避雷器在线路首端和末端装设磁吹避雷器或金属氧化物避雷器，当出现较高的过电压时，避雷器应能可靠动作，将
过电压限制在允许的范围内。第三节切除空载变压器过电压正常运行时,空载变压器表现为一励磁电感。切除空载变压器就是开断
一个小容量电感负荷，会在变压器和断路器上出现很高的过电压。开断并联电抗器、电动机等，也属于切断感性小电流的情况。一、发展过程
过电压产生原因：由于截流留在电感中的磁场能量转化为电容上的电场能量。
式中—变压器的特性阻抗截流现象通常发生在电流曲线的下降部分，设为正值，则相应的必为负值。当开
关中突然灭弧时，中的电流不能突变，将继续向充电，使电容上的电压从“”向更大的负值方向增大，如下图
所示。此后，在回路中出现衰减性振荡，其频率为二、影响过电压的因素（1）断路器的性能
切除空载变压器引起的过电压与截流数值成正比，断路器截断电流的能力愈大，过电压UCmax就越高。（2）变压器的参数
变压器L愈大，C愈小，则过电压愈高。当电感中的磁场能量不变，电容C愈小时，过电压也愈高。（3）变
压器的相数、线组接线方式、铁芯结构、中性点接地方式、断路器的断口电容，以及与变压器相连的电缆线段、架空线段等，都会对切除空载压器过
电压产生影响。三、限制过电压的措施切断空载变压器过电压的特点是：幅值高、频率高，但持续时间短、能量小。
只要在变压器任一侧装上普通阀式避雷器就可以有效限制这种过电压。计算表明：普通阀型避雷在雷电过电压下动作后所吸收的能量，要比
变压器线圈中贮藏的能量大一个数量级。实际运行中也未发现因切空载变压器而引起避雷器损坏的情况。由于这种避雷器安装的目的是用来限制切除
空载变压器过电压的，所以在非雷雨季节也不应退出运行。第四节断续电弧接地过电压当中性点不接地系统中发生单相接地
时，经过故障点将流过数值不大的接地电容电流。随着电网的发展和电压等级的提高，单相接地电容电流随之增加，一般6~l0
kV电网的接地电流超过30A，35~60kV电网的接地电流超过10A时电弧便难以熄灭。但这个电流还不至于大到形
成稳定燃烧电弧，因此可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态，引起电网运行状态的瞬时变化，导致电磁能量的强烈振荡，并在健全相和故障相上产生
过电压，这就是间歇性电弧接地过电压。这种过电压的发展过程和幅值大小都与熄弧时间有关。存在两种熄弧时间：电弧在过渡过程中的
高频振荡电流过零时即可熄灭电弧的熄灭发生在工频电流过零的时刻一、发展过程下面假定电弧的熄灭发生在工频电流过零的时刻
，来说明这种过电压的物理发展过程：作如下简化：1）略去线间电容的影响；2）设各相导线的对地电容均相等，即C1=C2=C3=C
。就可得如下图所示的等值电路。设接地故障发生于A相，而且是正当经过幅值时发生，这样A相导线的电位
立即变为零，中性点电位由零升至相电压，即，B、C两相的对地电压都升高到线电压
、。A相单相短路接地电弧熄灭电弧熄灭每隔半个工频周期依次发生熄弧和重燃，健全相的最大过电压为3
.5p.u.，故障相的最大过电压为2.0p.u.。过电压产生原因：当发生间歇性电弧接地时，健全相对地电压的起
始值与稳态值不同，电容与电源电感产生振荡引起过电压。按工频电流过零时熄弧的理论分析得出的结论是：
1）非故障相上的最大过电压为3.5倍；2）故障相上的最大过电压为2.0倍。
长期以来大量试验研究表明：故障点电弧在工频电流过零时和高频电流过零时熄灭都是可能的。发生在大气中的开放性电弧往往要到
工频电流过零时才能熄灭；在强烈去电离的条件下，电弧往往在高频电流过零时就能熄灭。电弧的燃烧和熄灭会受到发弧部位的周围媒质和
大气条件等的影响，具有很强的随机性质，因而它所引起的过电压值具有统计性质。二、防护措施途径：消除间歇性电弧110kV及以
上电网大都采用中性点直接接地的运行方式（单相短路电流，断路器跳闸切除故障）我国35kV及以下电压等级的配电网采用中性点经消弧
线圈接地的运行方式（补偿电容电流）消弧线圈的基本作用：①补偿流过故障点的短路电流，使电弧能自行熄灭，系统自行
恢复到正常工作状态。②降低故障相上的恢复电压上升的速度，减小电弧重燃的可能性。消弧线圈是一个具有分段铁芯、电感可调的电抗器，其伏安特性不易饱和，如下图所示。中性点经消弧线圈接地后的电路图及向量图(a)电路图(b)向量图根据补偿度的不同，消弧线圈可以处于三种不同的运行状态：1、欠补偿消弧线圈的电感电流不足以完全补偿电容电流，此时故障点流过的残流为容性电流。2、全补偿消弧线圈的电感电流恰好完全补偿电容电流，此时流过故障点的残流为泄露电流。3、过补偿消弧线圈的电感电流不仅完全补偿电容电流且还有数量超出，此时流过故障点的残流为感性电流。 |
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